機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、人工智能和工業(yè)4.0的發(fā)展，催生了對實時數(shù)據(jù)的需求。我們可以通過數(shù)字孿生技術(shù)獲取這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)孿生利用物聯(lián)網(wǎng)。機器監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算來獲取實時機器數(shù)據(jù)。

什么是數(shù)字孿生技術(shù)

• 數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界中任何設(shè)備的數(shù)字表示或復(fù)制品。

我們可以通過實時監(jiān)控的機器或人力資產(chǎn)的列表：

• 機器部件，如電機。

• 完整的產(chǎn)品，如汽車、自行車或渦輪發(fā)電機。

• 制造過程

• 各種系統(tǒng)，例如人體

我們可以使用數(shù)字孿生來監(jiān)控和復(fù)制資源的整個生命周期，并且預(yù)測未來的資產(chǎn)行為。例如，工程師 可以使用數(shù)字模型預(yù)測未來的故障并改進機器（泵、渦輪）的設(shè)計。

以下技術(shù)正在推動數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展：

• 虛擬現(xiàn)實

• 增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實

• 物聯(lián)網(wǎng)

• 大數(shù)據(jù)

• 機器監(jiān)控

• 云計算

• 機器學(xué)習(xí)

數(shù)字孿生如何工作？

數(shù)字孿生系統(tǒng) 通過從資產(chǎn)傳感器獲取輸入，將物理機器與虛擬世界連接起來。傳感器將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的設(shè)備或云端。

我們可以從云端或邊緣計算設(shè)備的實時產(chǎn)品數(shù)據(jù)制作資產(chǎn)的虛擬副本。資產(chǎn)虛擬副本是其數(shù)學(xué)模型。

我們可以分析和模擬副本中的資產(chǎn)。通過這種方式，我們可以模擬實際工作條件下的資產(chǎn)性能。

上圖顯示了車輛數(shù)字雙胞胎的工作情況。在此過程中，汽車將實時傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。傳感器數(shù)據(jù)在云端為車輛創(chuàng)建數(shù)字模型。這輛車的雙胞胎模型與實際車輛相似。

這樣，我們就可以使用數(shù)字孿生體，通過在虛擬世界中運行仿真來分析車輛子各種參數(shù)上的性能。產(chǎn)品設(shè)計師可以加深對現(xiàn)有產(chǎn)品的理解，并根據(jù)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)改進產(chǎn)品。

數(shù)字孿生技術(shù)在各個行業(yè)的應(yīng)用

可以在產(chǎn)品生命周期的各個層面將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于各個行業(yè)，以分析各改進產(chǎn)品性能。以下是數(shù)字孿生在不同領(lǐng)域的應(yīng)用實例：

1.持續(xù)工程和設(shè)計的數(shù)字孿生

2.制造業(yè)中的數(shù)字孿生

• 生產(chǎn)線和機器虛擬調(diào)試

• 預(yù)測性維護

3.醫(yī)療保健行業(yè)的患者數(shù)字模型

• 酒店業(yè)

• 數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用實例

• 產(chǎn)品設(shè)計與工程

數(shù)字孿生技術(shù)在現(xiàn)有產(chǎn)品和新產(chǎn)品設(shè)計的持續(xù)工程中具有應(yīng)用。

例如，您可以在山地自行車實施數(shù)字孿生技術(shù)。因此，工程師可以獲取實時自行車傳感器數(shù)據(jù)，例如花盤和輪胎RPM、自行車速度、作用在自行車上的負載、懸架偏轉(zhuǎn)。這些傳感器可以為自行車創(chuàng)建數(shù)字模型。

工程團隊可以將現(xiàn)實結(jié)果與模擬結(jié)果進行比較，從而將實際自行車性能與設(shè)計性能進行比較。

數(shù)字孿生生產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計和工程中的優(yōu)勢列表:

• 優(yōu)化和改進現(xiàn)有產(chǎn)品和新產(chǎn)品

• 在不構(gòu)建原型的情況下驗證數(shù)字世界中的關(guān)鍵設(shè)計特征

• 假設(shè)模擬

• 縮短產(chǎn)品上市時間。

• 根本原因分析

• 改進產(chǎn)品設(shè)計和可靠性

2.制造業(yè)中的數(shù)字孿生

數(shù)字孿生技術(shù)在制造業(yè)有以下應(yīng)用

• 生產(chǎn)線和機器虛擬調(diào)試

• 預(yù)測性維護和遠程診斷

2.1使用數(shù)字孿生技術(shù)對機器和生產(chǎn)線進行虛擬調(diào)試

我們可以利用數(shù)字孿生技術(shù)以虛擬方式調(diào)試和運行機器和生產(chǎn)工廠。通過這種方式，虛擬調(diào)試有助于工程師進行工廠驗證。因此，自動化工程師可以在中的優(yōu)勢在設(shè)計的早期階段發(fā)現(xiàn)并解決問題

以下列出了數(shù)字孿生技術(shù)在工廠自動化中的優(yōu)勢

• 數(shù)字孿生降低了工廠和機器調(diào)試成本

• 遠程調(diào)試

• 在設(shè)計早期階段發(fā)現(xiàn)并解決問題

• 加快產(chǎn)品上市時間

• 持續(xù)的提高

2.2使用數(shù)字孿生技術(shù)經(jīng)行預(yù)測性維護和遠程診斷

我們可以利用機器數(shù)字模型和機器學(xué)習(xí)算法來監(jiān)控和預(yù)測機器中的問題，防患于未然。

數(shù)字孿生通過實施預(yù)測性維護具有以下優(yōu)勢

• 減低為成本

• 備件庫存管理

• 減少停機時間

• 通過預(yù)測性維護計劃提高生產(chǎn)資產(chǎn)的可靠性

3.醫(yī)療行業(yè)的數(shù)字孿生

醫(yī)療保健中的數(shù)字雙胞胎可以創(chuàng)建患者數(shù)字模型。醫(yī)生可以使用此數(shù)字模型為個患者提供個性化醫(yī)療服務(wù)。例如，當(dāng)患者被診斷出患有心臟病時。

根據(jù)患者的健康狀況，醫(yī)生可以制備患者專用的生物物理模型。特定于患者的生物物理模型的行為方式與患者的行為方式相同。醫(yī)生還可以在患者數(shù)字孿生體上模擬各種場景。

數(shù)字孿生在醫(yī)療保健行業(yè)的優(yōu)勢：

• 在醫(yī)療保健行業(yè)實施數(shù)字孿生具有以下好處

• 實時患者檢測

• 個性化醫(yī)療保健

• 遠程診斷

• 降低成本

2022年最佳數(shù)字孿生軟件

1.微軟Azure數(shù)字孿生

Microsoft Azure 數(shù)字孿生可以創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作場所，我們可以在其中將我們的資產(chǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)。我們可以將Azure digital twin連接到Azure AI、存儲、混合現(xiàn)實。

2.IBM沃森

IBM為虛擬機、產(chǎn)品測試以及產(chǎn)品和流程監(jiān)控提供各種數(shù)字孿生解決方案。

3.來自GE的Predix

Priedix 平臺是GE Digital應(yīng)用程序共享的物聯(lián)網(wǎng)邊緣到云基礎(chǔ)，例如資產(chǎn)績效管理和運營績效管理。

4.西門子的Mindsphere

Mindsphere利用高級分析及人工智能提供從現(xiàn)實到云端的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，利用來自互聯(lián)產(chǎn)品、工廠和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來優(yōu)化運營、創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品并部署新的商業(yè)模式。

5.Oracle Virtual Twin

在虛擬孿生中，Oracle的設(shè)備虛擬化特性在云中創(chuàng)建物理設(shè)備或資產(chǎn)的虛擬表示。虛擬孿生使用基于JSON的模型，改模型包含觀察到的期望的屬性值，并且還使用語義模型。

6.PTC的ThingWorx

PTC的ThingWorx提供完整的數(shù)字孿生解決方案來實時監(jiān)控機器。

7.Ansys 雙生成器

Ansys Twin Builder是一種開放式解決方案，允許工程師創(chuàng)建基于仿真的數(shù)字雙胞胎——具有真是世界或虛擬傳感器輸入的資產(chǎn)的數(shù)字表示?？梢詷?gòu)建、驗證和部署基于仿真的數(shù)字孿生模型。

8.博世物聯(lián)網(wǎng)套件.

9.Autodesk Tandem，數(shù)字孿生解決方案

Autodesk Tandem是一個基于數(shù)字孿生技術(shù)平臺。他使項目能夠開始數(shù)字化并保持數(shù)字化。

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